“星艦”炸出電離層“空洞”

去年11月18日，美國太空探索技術公司（SpaceX公司）新一代重型運載火箭“星艦”在美國得克薩斯州博卡奇卡發射臺發射。然而，“星艦”發射升空約3分鐘，一級火箭分離后在墨西哥灣上空約90公里處爆炸。此后任務控制中心與“星艦”失去聯系，啟動自毀系統，“星艦”在大約150公里的高度第二次爆炸。

然而，這兩次爆炸不只是任務失敗這么簡單。近日一項發表于《地球物理研究快報》的研究發現，上述大爆炸在電離層“炸”出了有史以來最大的“洞”之一。這個洞綿延數千公里，持續了近一個小時。

該研究合著者、俄羅斯科學院日地物理研究所大氣物理學家Yury Yasyukevich表示，擾動的程度讓他的團隊感到驚訝。

“這意味著我們不了解大氣中發生的過程。”他補充說，這種現象可能會對未來需要精確衛星導航的自動駕駛汽車產生影響。

電離層是海平面以上約50到1000公里的地球大氣的一個電離區域。太陽輻射導致中性大氣被電離成電子和離子，電子和離子不斷地和中性大氣相互作用、運動，產生了比較穩定存在的電離層。

而被電離分子與中性分子的比例因海拔和緯度等因素而異。這一比例影響全球導航衛星發射的無線電波在電離層中傳播的速度。更為重要的是，這一比例的變化對不同無線電頻率的影響不同。Yasyukevich解釋說，這使得研究人員能夠通過比較兩種不同頻率的無線電波的傳播速度來實時測量電離量。這些數據一直被用來揭示從地震到地下核試驗等如何影響電離層。這些自然和人為的干擾會使電子和離子重新結合成中性分子，暫時抵消太陽輻射的影響。

Yasyukevich團隊檢查了北美和加勒比海地區2500多個衛星導航信號地面接收站的公開數據，發現，“星艦”爆炸產生的沖擊波傳播速度超過了音速，導致墨西哥尤卡坦半島至美國東南部地區上空電離層變成了中性大氣區域——形成了一個電離層空洞，這一情況持續了近一個小時。

Yasyukevich說，即使“星艦”沒有爆炸，其尾氣也會引發化學反應，導致暫時性電離層空洞產生。不過顯然，沖擊波本身帶來的影響大得多。

研究人員指出，電離層擾動不僅會影響衛星導航，還會對通信和射電天文學研究產生影響。隨著火箭發射頻率增加，這些影響可能會成為一個更大的問題。

相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2024GL109284